[发明专利]无铅焊接材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子封装领域焊接材料的制造工艺，特别是一种新型抗氧化性以及润湿性良好的无铅焊接材料及其制备方法。

背景技术

随着电子工业迅猛发展，电子产品不断向智能化、微型化发展，这产生了更加新型的加工工艺，同时也对封装材料的性能提出了更高的要求。在封装领域的焊接材料中，Sn-37Pb焊料以其优异的性能和低廉的成本，一直得到广泛的使用。然而，随着人类健康和环保意识的增强、法律的限制以及现代电子技术的迅速发展，电子产品无铅化作为一种趋势迫在眉睫。

现有应用技术中，用于微电子封装的焊接材料类型主要为Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系和Sn-Cu系，尽管这些无铅焊接材料已经在封装行业得到应用，但是大多仍然存在这样或那样的问题。其中，最主要的问题是：

1、抗氧化性差。锡在焊接过程中易被氧化。这不仅造成锡的浪费，而且严重影响焊接可靠性。

2、润湿性能差。润湿性差是几乎所有新开发的无铅焊料存在的问题，此问题已经成为无铅焊料开发的瓶颈。

3、价格昂贵，保存要求严格。由于贵金属Ag的加入，在很大程度上增加了焊料的成本，阻碍了此系列焊料广泛推广使用。

4、熔点较高。此三种系列无铅焊料的熔点要比Sn-37Pb焊料的熔点高30~50℃，这对加热设备以及基体材料都提出了更高的要求。

专利号为CN1554511A的专利文献公开了一种高抗氧化性无铅焊料，即CuNiGaRE无铅焊料，其抗氧化性及流动性均较好，晶粒也比较细密。但是仍然没有解决焊接润湿性问题。除此之外，由于Ni、Ga以及RE的加入，很大程度的提高了焊料的成本，使该焊料无法在电子封装工业得到广泛的应用。

本领域的技术人员迫切地开发一种新型无铅焊接材料来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中，无铅焊接材料抗氧化性差，润湿性能低差，熔点高和成本高的不足，提供一种新型无铅焊接材料及其制备方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种无铅焊接材料，其特点在于，所述无铅焊接材料中各组分的重量百分比为：Al为0.05-1.00%，B₂O₃为0.1-3.00%，Zn为8.5-9.5%，其余组份为Sn。

较佳地，Sn和Zn的重量比例为91：9。

一种前述无铅焊接材料制备方法，其特点在于，所述制备方法依照以下步骤：

步骤S₁，制备Sn-B₂O₃和Sn-Al中间合金；

步骤S₂，熔炼Sn-Zn合金：将纯锡放入坩埚内加热熔化，熔化温度为400-600℃，然后加入纯锌，将温度调整为400-550℃，保温10-20分钟；

步骤S₃，制备Sn-Zn-Al无铅焊料：将Sn-Zn合金温度升至500-600℃，将Sn-B₂O₃中间合金加入，保温5-10分钟，然后升温到600-700℃，将Sn-Al中间合金加入，保温10-40分钟，最后浇注到模具里，获得Sn-Zn-Al无铅焊料。

较佳地，步骤S₁中的Sn-B₂O₃中间合金的制备具体包括以下步骤：

S₁₁₁，用锡箔包裹B₂O₃，置于感应炉坩埚底部；

S₁₁₂，用Sn粒覆盖B₂O₃，加热到400-600℃保温20-40分钟；

S₁₁₃，浇注到模具中制备Sn-B₂O₃中间合金。

较佳地，步骤S₁中的Sn-Al中间合金的制备具体包括以下步骤：

S₁₂₁，将Sn熔化，熔化温度为400-600℃，保温5-10分钟；

S₁₂₂，加入Al合金元素，升温到600-700℃后，保温20-40分钟；

S₁₂₃，浇注到模具中制备Sn-Al中间合金。

较佳地，步骤S₂中所述Sn-Zn合金的熔炼过程中采用真空保护。